(57)【要約】  【課題】特性の劣化や製造の困難さを招くことなく、積層体の変位による応力を少なくすることができる構造の積層型圧電素子を提供する。  【解決手段】積層方向に平行をなす側面に、一部の内部電極２が接続された外部電極３と残部の内部電極２が接続された別の外部電極３とを設ける。圧電層１上に形成する内部電極２は、接続すべき一方の外部電極３側を積層体の側面まで露出させて形成し、非導通とすべき他方の外部電極３側は積層体の側面近傍部まで形成する。逆極となる外部電極３どうしが積層方向から見て重ならない非活性部に空洞部６を形成する。【選択図】図１
2006269845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電層と複数の内部電極とにより積層体を構成し、この積層体の積層方向に平行をなす側面に、第１の内部電極が接続された第１の外部電極と第２の内部電極が接続された第２の外部電極とを設けた積層型圧電素子であって、
積層方向から見て、前記第１の内部電極と前記第２の内部電極とが重ならない領域に空洞がある
ことを特徴とする積層型圧電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型圧電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧電素子として、複数の圧電層と内部電極とが交互に積層されてなる積層型圧電素子がある。このような圧電素子においては、内部電極の重なった部分（活性部）では印加される電圧に応じて圧電層が変位するが、他の部分（非活性部）は変位しない。この非活性部は積層体の積層方向に延在しているため、積層体の積層方向への変位（伸縮動作）を阻害する。そのため、圧電素子の製造時に分極処理が施されたり、あるいは圧電素子が長期にわたって使用されたりすると、積層体の内部に至るクラックが発生する。そしてそのクラックの発生位置で外部電極が切断されて、内部電極と外部電極との接続が断たれる断線が生じるおそれがある。
【０００３】
このような断線を防止するため、特許文献１においては、積層体の積層方向に平行な側面に所定の間隔をもって溝を形成することにより、変位によって生じる応力を分散させたものが提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３３７６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１に記載の溝を有する積層型圧電素子においては、分割された外部電極間をリード線により接続する必要があり、工程数が増加するという問題点がある。また、溝から水分等が内部電極内に浸入しやすく、経年変化により内部電極が変質して特性が劣化するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み、特性の劣化や製造の困難さを招くことなく、積層体の変位による応力を少なくすることができる構造の積層型圧電素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の積層型圧電素子は、複数の圧電層と複数の内部電極とにより積層体を構成し、この積層体の積層方向に平行をなす側面に、第１の内部電極が接続された第１の外部電極と第２の内部電極が接続された第２の外部電極とを設けた積層型圧電素子であって、
積層方向から見て、前記第１の内部電極と前記第２の内部電極とが重ならない領域に空洞がある
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の積層型圧電素子は、積層型圧電素子の非活性部に空洞部があり、その空洞部において応力が分散され、クラックの発生を防止することができる。また、応力を分散する部分の外面に溝は形成されないため、外部電極は空洞形成部の外面でも連続して形成され、外部電極が分割されることがなく、外部電極の接続作業が不要であり、外部電極の形成が容易となる。また、空洞部は圧電層内に形成するため、水等の浸入のおそれがなく、内部電極の変質による特性劣化のおそれがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明の積層型圧電素子の一実施の形態を示す断面図である。この圧電素子は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電特性を示す圧電層１、１Ａ，１Ｂと、積層方向に１つまたは複数の圧電層と交互配置された内部電極２と、それぞれ内部電極２に接続して対向する側面に設けられた一対の外部電極３、３と、積層方向の両端、すなわち図面上の上下面に設けられた保護層１Ｂとを備える。
【００１０】
本発明においては、外部電極３と内部電極２とを、内部電極２の１層おきに電気的に絶縁するために、内部電極２の外部電極３との接続側は積層体の一方の面に露出させ、他方の外部電極３に接続しない側は側面の近傍にまで形成して側面には露出させないように構成する。５は逆極の内部電極どうしの積層方向から見て重ならない非活性部に設けられた空洞部である。
【００１１】
図２は図１に示した圧電層（グリーンシート）上の１つの内部電極形成領域を示す。図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、内部電極２は、内部電極形成領域に、幅ａで示すように、一部の周辺部（逆極の内部電極どうしが積層方向から見て重ならない非活性部となる部分）６を残して形成される。図２（Ｃ）は空洞部５を形成する圧電層（グリーンシート）１Ａである。図２（Ｄ）は内部電極２や空洞部５を設けない圧電層（グリーンシート）である。
【００１２】
この実施の形態の空洞部５は、非活性部６内に形成されるように、内部電極形成領域（積層体）の外辺からの空洞部５の内側までの距離ｂは、非活性部６の幅ａ以下（ａ≧ｂ）としている。焼成後の空洞部５の長さｄの縦幅ｅに対する割合（ｄ／ｅ）は０．８〜０．９５とすることが好ましい。
【００１３】
本発明の積層型圧電素子は次の工程により作製される。まず圧電特性を持たせる例えば粉体密度３０００ｋｇ／ｍ３程度のセラミック粉末を含有するグリーンシートを作製する。このグリーンシートは、圧電特性を得るための粉末、すなわち例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする粉末に、有機バインダ、有機溶剤等を混合したセラミックペーストを作製し、ドクターブレード法により、ＰＥＴフィルムをキャリアフィルムとしてシート成形したものである。
【００１４】
このグリーンシート１の内部電極形成領域に、内部電極２となる導体ペーストを、一部の周辺領域（非活性部６）を残して印刷し、乾燥する。ここで、導体ペーストとして用いるものは、銀−パラジウムであることが好ましく、また、電極の価格を低減するには、パラジウムの含有率が低いことが好ましい。具体的にはＰｄは３０％以下とすることが好ましい。また、内部電極２を形成する導体ペーストは、無機物としてのガラスは含まないのものが好ましいが、多少のガラスを含ませてもよい。また、別のグリーンシート１Ａにレーザあるいはパンチングや他の工法により空洞部５を形成する。
【００１５】
上記のように、導体ペーストを印刷した複数枚のグリーンシート１、１Ａ、１Ｂを、図１に示すように、グリーンシート１、１Ｂまたは１、１Ａを挟んで対向する内部電極２が反対側に非活性部６があるように積層する。この積層は、５０〜７０℃で９０〜１１０ＭＰａ程度の圧力で加圧して圧着することにより行なう。
【００１６】
この積層は、多数個取りの場合、積層、圧着した後に、積層体を切断して非活性部６を一辺に露出させ、他の周辺部（３辺）に内部電極２を露出させる。
【００１７】
次にこのようにして積層した積層体を焼成する。この焼成の工程は、まず４００℃前後で脱バインダ処理を行なった後、密閉容器中にて９５０〜１１５０℃の範囲で好ましくは０．５〜４時間焼成する。この焼成後の内部電極２の厚みは１〜５μｍ、好ましくは１．５〜３μｍである。また、圧電層１、１Ａ、１Ｂの厚みは２０〜１００μｍ、好ましくは５０〜８０μｍである。
【００１８】
焼成された積層体に対し、非活性部６が整列して露出した対向する２つの側面に、その列において露出した他の層の内部電極２の側面の露出部に固着させて外部電極３、３を設ける。なお、この外部電極３の形成は、銀を導体粉末として含む導体ペーストの印刷、焼き付け処理により行なう。なお、この外部電極３の導体粉末としては、銀の他に、銀と他の金属との合金または金や銅等を用いることができる。また、この外部電極３の形成に、スパッタリングや無電解メッキ法等を用いることも可能である。
【００１９】
外部電極３を形成した後、加熱状態（例えば１２０℃）で外部電極３、３間に高電圧（例えば３ｋＶ／ｍｍ）を印加して分極処理を行なう。得られた圧電素子は例えば圧電層１、１Ａ、１Ｂの厚みが３０μｍ、内部電極２の厚みが３μｍ、圧電層１の層数が１００層、縦×横×高さが１０ｍｍ×１０ｍｍ×３０ｍｍの圧電素子のものである。
【００２０】
本実施の形態の積層型圧電素子は、逆極の内部電極２、２どうしが対向しない非活性部に空洞部５を形成したので、その空洞部において応力が分散され、クラックの発生を防止することができる。また、応力を分散する部分の外面に溝は形成されないため、外部電極３は空洞部５の形成部の外面でも連続して形成され、外部電極３が分割されることがなく、外部電極３の接続作業が不要であり、外部電極３の形成が容易となる。また、空洞部５は圧電層内に形成するため、水等の浸入のおそれがなく、内部電極２の変質による特性劣化のおそれがない。また、シートにスリットを形成して空洞部を設けているため、積層型圧電素子の任意の位置に確実に空洞部を形成できる。
【００２１】
図３に示すように、前記空洞部５は複数の層に設けることによって、より応力の分散が可能となる。
【００２２】
図４、図５は本発明の他の実施の形態であり、この実施の形態は、空洞部５を内部電極２を形成する圧電層１に空洞部５を設けたものである。
【００２３】
この実施の形態によれば、空洞部５を設けるための別の圧電層を設ける必要がないので、積層型圧電素子を薄型に構成できるという効果が得られる。
【００２４】
本発明の積層型圧電素子は、平面形状が６角形や８角形あるいは円形のものも実現できる。また、使用目的により、層数、サイズは適宜変更できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の積層型圧電素子の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１の積層型圧電素子を得るためのグリーンシート上の印刷パターンおよび空洞部形成パターンを示す平面図である。
【図３】図１の変形例を示す断面図である。
【図４】本発明の積層型圧電素子の他の実施の形態を示す断面図である。
【図５】図４の積層型圧電素子を得るためのグリーンシート上の印刷パターンおよび空洞部形成パターンを示す平面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１、１Ａ、１Ｂ：圧電層、２：内部電極、３：外部電極、５：空洞部、６：内部電極非形成部（非活性部）
【図１】
2006269845.tif 000003
【図２】
2006269845.tif 000004
【図３】
2006269845.tif 000005
【図４】
2006269845.tif 000006
【図５】
2006269845.tif 000007